JPS6011224B2 - 超音波燃料噴射供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の吸気通路内に配設された中空筒状
体の超音波振動片に液体燃料を圧力下で放出供給し、そ
の燃料を該中空筒状体の超音波振動により瞬時にして霧
化するとともに空気と混合せしめ、均一な混合気を機関
の燃焼室に供給する超音波燃料噴射供給装置に関する。

従来、内燃機関に使用される燃料噴射装置は、多気筒エ
ンジンの各シリンダごとの燃料分配を均一にするととも
に種々の運転条件に対してエンジンに供Ｖ給する混合気
の空燃比を精密に制御することができるため、エンジン
性能ならびに排気対策上種々の利点がある。しかし、従
来の燃料噴射装置は、燃料に圧力をかけて細孔を有する
ノズルから噴射させて、気体との摩擦抵抗による燃料間
の期断により燃料を霧化することを目的とするものであ
る。

しかしながら従来の燃料噴射装置の燃料噴射圧はそれほ
ど高圧にできなかったため、ノズルの噴出速度が小さく
、噴霧粒の直径を小さくできなかった。又、ノズルから
の噴射の場合、燃料間の灘断が一様でないため、霧化燃
料の粒径が不均一になるという欠点があった。したがっ
て、従釆の燃料噴射装置は均一な稀薄混合気の生成が不
十分となるため、空燃比の高い混合気における機関の運
転性が悪くなるという欠点があった。更に頃霧粒の直径
を小さくしようとすると、噴射圧を高くせざるを得ずこ
のためには、ポンプを高圧化する必要があり、ポンプが
大型化するとともに高価になり、さらには内燃機関に対
する負荷も大となるという欠点がある。

また、従来装置は頃霧燃料の平均粒蚤が大きいとともに
粒径の分布が広い範囲に亘っているため、有害ガスをま
だ十分低減させられない欠点があった。本発明は、上記
従来の欠点を解消すべくなされたもので、内燃機関の運
転条件に応じて燃料の供給量を制御し、放出ノズル装置
の関口から放出供給する燃料を、燃料噴射装置の吸気通
路内に配設した機械振動拡大部の少くとも先端部と一体
成形した大表面積を有する中空筒状体の超音波振動片の
少くとも内周側壁に放出させて供給せしめ、該中空筒状
体の振動片の超音波振動により瞬時にして完全に霧化す
るとともに、上記振動片から筒状体をとりまく空間に発
生させられた超音波による空気の振動により空気と十分
混合せしめ、その均一な混合気を機関の燃焼室に供給す
る超音波燃料噴射供給装置を提供することを目的とする
ものである。

本発明は、一端がェアクリーナーに他端が内燃機関の燃
焼室に連絡した混合気を供給する吸気通路と、超音波発
生装置と燃料放出ノズル装置とよりなる燃料噴射装置で
あって、該超音波発生装置は、超音波発振器に接続し電
気振動を機械振動に変換する超音波変換部と該超音波変
換部に固着され機械振動の振幅を拡大する機械振動拡大
部と該機械振動拡大部の先端にその軸が該機械振動拡大
部の長手軸とほぼ直角になる様に機械振動拡大部の少く
とも先端部と一体成形して前記吸気通路中に流れを阻害
しないように該吸気通路に対して略同軸的に配設した両
端閉口の中空筒状体の振動片とからなり、該燃料放出ノ
ズル装置は、ノズル開口を前記振動片の少くとも内側壁
に臨ませて液体燃料を圧力下において前記振動片の少く
とも内側壁に放出せしめるようにした１個の燃料噴射装
置と、燃料貯蔵槽より液体燃料を吸出し、前記放出ノズ
ル装置に供給する燃料供給装置と、内燃機関の運転条件
に応じて前記放出ノズル装置から放出する燃料の供給を
制御する制御装置とより成り、超音波振動している前記
振動片の内側壁に向って放出した液体燃料を該振動片の
超音波振動により霧化飛散せしめ、これを前記ェアクリ
ーナからの前記振動片の内側壁内を流れる空気と十分混
合させて燃焼室に供給することを特徴とする超音波燃料
噴射供給装置である。

上記構成より成る本発明は、制御装置により機関の燃焼
室に供給する液体燃料の供給量を制御しその鯛量された
燃料を、放出ノズル装置の関口より中空筒状体の超音波
振動片の側壁に放出供給するものであるから、該振動片
の振動面である大表面積を有する筒状側壁に供給された
燃料は高周波数の超音波振動により振動面上に広げられ
て液膜になり、さりこその燃料の液膜が、超音波により
励振させられた微細な一定波長を有する表面波により非
常に細かく分割され霧化噴出せしめられるため、従来装
置に比べて一層細かくしかも一定の粒径の霧化燃料を得
ることができ、このように微粒子群に分割された液体燃
料は、前記振動片の周囲を通過しかつ該振動片より超音
波振動を伝達された吸気通路中の空気と充分混合して均
一な浪合気を生成し、内燃機関の燃隣室に供給されるも
のであるから、均一な稀薄混合気の供給を可能としかっ
この稀薄混合気の燃焼を安定化させて機関の運転を保証
し、有害排出ガスの発生を低減せしめることができるも
のである。

また本発明は燃料を広い面積の側壁を形成する中空筒状
体の超音波振動片の振動面に供給し、燃料を中空筒状体
振動片の全体に亘る一様な超音波振動により霧化させる
ため、生成される霧化燃料の粒径が従来の燃料噴射装置
による噴射燃料粒に比べて均一になり、さらに、その平
均粒径を超音波の周波数と振中によりあらかじめ選定す
ることができるため、非常に細かい霧状燃料を供給する
とともに、機関の排気ガス中の有害成分を低減させるた
めに極めて有効な燃料粒径を有する混合気を機関の燃焼
室に供給することができ、一層排気ガスの浄化に効果を
発揮するものである。

また、本発明は、吸気通路内に配設された中空筒状体の
超音波振動片への燃料の放出供給は、従来の燃料噴射装
置のごとく燃料を供給すべきノズルにおいて直接燃料を
噴射により霧化させるものではなく、放出させた燃料を
超音波振動している振動片に接触させて振動面にすみや
かに拡がらせればよいので燃料を閉口より放出させるに
は僅かの圧力が存在すれば足り、従来の燃料噴射装置に
おいて必要とされる高圧力を不要とする利点がある。

したがって、本装置は従来の燃料噴射装置における噴射
ノズルに比べて放出ノズル装置を簡単にし、かつコンブ
レッサーも小さくでき、コストの低減を図ることができ
るとともに保守を容易にするものである。さらに本発明
の超音波燃料噴射供給装置は、中空筒状体の振動片と機
械振動拡大部の先端部とを一体成形したので、インピー
ダンスギャップが無くなり、機械振動拡大部の振動を効
率良く振動片に伝達させるという利点を有する。

振動片と機械振動拡大部の先端とを従来のボルト等によ
り固着した場合は、振動片全体に亘る屈曲振動が固着部
で振幅が少さくなり、一様でなくなるという問題があり
、またこのボルトに燃料が供給されると、燃料溜まりを
起こし、霧化されない液体状態で燃焼室に供給するとい
う問題を有しており、さらに極端な場合は振動片の超音
波振動の共振をくずし、霧化を停止させてしまうという
問題があったが、本発明では、振動片と機械振動拡大部
の先端とを一体成形したので、上述の問題を全く解消す
るという利点を有する。

さらに従来のボルト等により振動片と機械振動拡大部と
固着した場合他の部分に比べ固着した部分の剛性が高い
ため、連続長時間に亘り振動片を超音波振動させた場合
に、固着部に近接した部分にクラツクが生じ、振動片が
破壊することがあったが、本発明はこの問題も解消する
という利点を有する。

すなわち本発明は、長時間に亘り、効率良く、安全且つ
一様な超音波振動および燃料霧化を可能にするとともに
、振動片と機械振動拡大部との連結部における機械的強
度を高めて、連結部の亀裂の発生および疲労破壊を防止
するという利点を有する。

上記した本発明は、これを具体化するにあたっては、大
別して二つの特徴ある実施態様をとり得るものである。

本発明の特徴ある実施態様の第１は、燃料噴射装置の放
出ノズル装置を、機関の各気筒ごとに設けるとともに、
機関の燃焼室の吸気孔に近接して配設し、放出ノズル装
置の関口より超音波振動片の側壁に放出供給した燃料を
該振動片の超音波振動により瞬時にして霧化するととも
に即座に機関の燃焼室に供給できるようにした点に特徴
があり前述した本発明の作用効果を奏するものである。
本発明の第２の実施態様は、燃料噴射装置を吸気マニホ
ルドの分岐点の上流に１個だけ配設し、これにより上記
第１の実施態様の場合と同様に超音波により霧化した燃
料を多岐管により分配し機関の各燃焼室に供孫合できる
ようにした点に特徴がある。上記の超音波燃料噴射供給
装置は、その超音波振動片が大なる表面積を有する中空
筒状体から構成されており、その振動により単位時間当
りに多量の液体燃料を霧化することができるとともに、
霧化された燃料は従来装置に比べて極めて細かい飛散し
た微粒子群となるため、多気筒機関の各燃焼室に均一な
混合気を供給することができるものであり、前述した本
発明の作用効果を奏するとともに装置を安価にし、保守
も容易にする。以下、本発明の第１の実施態様を第１図
図示の第１実施例に基づき説明する。第１実施例に係る
超音波燃料噴射供給装置は、燃料噴射装置ロ，内におい
て、新気空気を導入し混合気を供給する吸気通路１の中
央空間部に、該吸気通路と略同軸的に配設し且つ中空筒
状体の超音波振動片ＩＱＩを、その閉口端の一方が吸気
通路の上流方向を向き、他方が下流方向を向く様に配設
し、放出ノズル装置として従来の燃料噴射装置における
燃料噴射ノズルを、吸気通路の上流側に設け、該噴射ノ
ズルの関口が斜め上流の位置から前記筒状体の振動片１
０１の中心を臨む方向を向く態様にて配設するとともに
噴霧広がり角を変更して、該噴射ノズルの関口から放出
させた燃料を超音波振動する中空筒状体の内外両側壁に
供給し、該両側壁面にて霧化しｔ噴出供給できるように
したことを特徴とする。

短管１２肌こより構成される吸気通路としての吸気道ｉ
の上流部は、吸入空気量制御用の絞り弁３を配設した吸
気管４の下流部に連結され、該吸気道亀の下流部は機関
５の燃焼室６に通ずる吸気孔７に連結されている。

燃料噴射装置ロ，は、中空筒状体の超音波振動片１０１
を有する超音波発生部本体１８０と、該振動片と後述す
る所定の位置関係にて配設された燃料噴射ノズル２とか
ら構成される。

該燃料噴射装置０，の吸気通路１の側壁には超音波発生
部本体ＩＱＯが固定座臥こはめ込まれて固定されており
、中空筒状体の超音波振動片１０１は吸気道１の中央部
空間に突出し、該吸気道亀に対し略同軸的に配設してい
る。

該超音波振動片から斜め上流方向における前記固定座８
に対向する吸気道側壁には、燃料噴射ノズル２を、吸気
道１の軸線に対して約４５ｏの額き角を有し、かつ、そ
の関口が前記中空筒状体の振動片の中心を向く様に配設
し、該／ズル２より放出供給せしめた燃料を前記中空筒
状体の内外側壁面で受けとめる様にしている。本実施例
に示す燃料噴射ノズル２は後述するように従来の内燃機
関の燃料噴射装置に用いられている燃料噴射ノズルをそ
のまま用いたものである。超音波発生部本体１００は、
前述の様に「大表面積を有する超音波振動片から成り、
強力な超音波を発生させることができるものであり、か
つ、非常に小型であり、内燃機関の吸気通路に十分組み
込むことができる特異なものである。

すなわち亀歪素子１０４Ａ，１０４８を、パッキング用
ブロック１０３と、機械振動拡大部としてのエキスポネ
ンシャル型ホーンの形態を有する超音波振動拡大用ブロ
ック１０２とで狭着して任意の固着手段により固定し、
該振動拡大用ブロックの先端部に中空筒状体の振動片１
０１を該振動片１０１の鯛線が超音波振動拡大用ブロッ
ク１０２の振動方向に対し直角となるように「同ブロッ
ク１０２の先端に一体成形した。ここにおいて超音波振
動拡大用ブロック１０２は、亀歪素子およびパッキング
用ブロックとで超音波変換器として作用するとともに、
該超音波変換部で発生した機械振動を拡大する機能すな
わちホーンとしての作用を併わせ有するものである。前
記中空筒状体の振動片ＩＱ亀は、前記電歪素子により変
換されさらにその振動振中が拡大された超音波振動と同
一の周波数で振動または第２図に図示する如く屈曲振動
する。本実施例における超音波振動拡大用ブロックＩＱ
２は二つの構成要素１０２Ａ，１８２Ｂから成り、その
先端部１０２Ａは同ブロックの後端部１８室８に、ボル
ト蔓０９により一体的に連結されている。該ブロック亀
０２の基端部には、フランジ１０２Ｃを設け、同フラン
ジ１０２Ｃは複数のボルト用穴を備えている。

また「１０６はフランジ１０２Ｃに鉄合し、フランジＩ
Ｑ２Ｃの曲げ剛性を補強する環状支持板であり、この支
持板は複数のボルト亀０７１こ螺合するめねじを備え、
前記ボルト１０７により、フランジＩＱ２℃は、竜歪素
子１０４Ａ，ＩＱ４Ｂ，電極板１０５および間隔板ＩＤ
８を間にして対称的に向き合うパッキング用ブロック１
０３のフランジ１０３Ａに一体的に締結されている。電
極板１０５には超音波発振器１１０の出力側に連結した
りード線１１１が接続されており、同発振器１１０の入
力側リード線１１２はコントロールユニット９に接続さ
れている。燃料供給部ｍ，は、燃料タンク１０と、該タ
ンク１０‘こチューブ１４にて連結された燃料ポンプ１
１と、同ポンプ１ １に燃料櫨過器１２を介して燃料搬
送チューブ１５により連結された圧力調整器１３と、同
調整器１３より前記燃料タンク１０に蓮通させた余剰熱
料排出チューブ１６と、前記燃料搬送チューブに一方を
運通し他方を前記燃料供給ノズル２に連結した噴射燃料
供給チューブＩ７とにより構成し、該燃料ポンプ１１に
より搬送され、圧力調整器１３により所定の圧力に保持
された燃料を前記燃料噴射ノズル２に供聯合できるよう
にした。この燃料噴射ノズル２は前述したように従来の
燃料噴射装置に使用した燃料噴射ノズルと同一設計のも
ので、本実施例に使用するものは電磁弁の作動で燃料放
出供給用の関口を開閉する形式のものである。本発明に
おいては前述したように放出供給される燃料は放出開□
において高圧力で噴射し繋断力によって霧化せしめる必
要はなく、単に関口から超音波振動片１０１の側壁に放
出供給せしめられるのみでよいのであるから「前述した
燃料ポンプ１１により搬送され圧力調整器１３により所
定の圧力に保持された燃料は、該圧力が極めて低圧であ
っても電磁弁の作動により関口が開放されたとき、超音
波振動片１０１に向って放出される。また前記圧力調整
器】３により調圧された圧力が高く関口より放出される
燃料の一部が霧化する程度であっても、関口より放出さ
れる燃料の大部分が超音波振動片１０１の側壁に衝突す
れば本発明の目的は達成され、その作用効果により燃料
は極めて微粒子に分割されるものである。また、燃料流
量制御部Ｗ，は「本実施例においては、その構成として
空気流量検出型の電子制御方式を採用した。

即ち空気量制御用の絞り弁３を配設した吸気通路１．の
上流には、空気流量計１８を設け、吸気通路１，を流れ
る空気量を前記流量計１８の計量板１９の回転変位とし
て取り出し、ポテンシオメータで変換した電気信号を、
燃料流量制御用として設けたコントロールユニット９に
送るとともに、デストリビュータ２０からの点火信号も
該コントロールユニット９に送られるようにし、該コン
トロールユニット９で機関の運転条件に応じて毎回の燃
料噴射量を決定し、その制御信号を前記燃料噴射ノズル
２の電磁弁に与えられるようにした。また、２１は、エ
ンジンの冷却水温度を検知できるよう節設した温度セン
サでありその信号もまた前記コントロールユニット９に
送られる。前記吸気通路１，には絞り弁３を挟んで空気
のバイパス通路を有する補助空気弁２２を設け、エンジ
ン始動後完全な勝機温度に達するまでの間、適当なアイ
ドル回転速度を保持するために冷却水温度に関連してア
イドル空気量を変化させ得るようにするとともに、暖機
運転中の混合比を前記コントロールユニット９により調
整できるようにした。また、２３は絞り弁３に連動させ
て設けたス。ットルスィツチであり、該スロットルスイ
ツチ２３の信号と、デストリビュータ２０の点火信号か
ら検出されるエンジンの回転速度とから、エンジンの減
速時点を検知し、コントロールユニット９により必要に
応じ燃料の遮断を行うことができる。また「 コントロ
ールユニット９には、始動スイッチ２４とダィナモまた
はバッテリー等の電源２５を綾線した。

次に上記構成より成る第１実施例の作用を説明する。

内燃機関の始動操作にともない始動スイッチ２４を閉じ
ると、コントロールユニット９および超音波発振器１１
０が作動し、該超音波発振器より超音波発生部本体１０
０の共振周波数と同一周波数の電気振動が電歪素子１０
４Ａ，１０４８に与えられ、該超音波発生部本体１００
は、そのフランジ１０２Ｃを振動の節として、超音波の
縦振動を誘起する。この振動は、超音波振動拡大用ブロ
ック１０２により、その振幅が拡大され、燃料噴射装置
ロ，の中空筒状体の超音波振動片１０１に伝達される。
したがって、該振動片は大振幅で振動または屈曲振動す
る。この状態を、例えば同振動片が第４次の屈曲振動を
すべ〈設計された場合について第２図に基ずし、て説明
すると、振動片１０１はその表面全体が、符号Ｎで示し
た部位を振動の節として、振動の半サイクルにおいては
符号×で示す鎖線状の変形をし、次の半サイクルにおい
て符号Ｙで示す鎖線の如く、先の半サイクルと逆位相の
変形をし、中空筒状体の内外両振動面にて強力な超音波
振動を発生することとなる。また、投入する電気的エネ
ルギーを変えることにより振動振幅を変えることができ
、霧化する燃料の量および粒律等制御できる。燃料供給
部血 においては、燃料ポンプ１１が作動し、燃料タン
ク１０内の燃料が搬送され、圧力調整器１３により所定
の圧力に保持された燃料は、燃料供給チューブ１７を経
て放出ノズル装置である燃料噴射ノズル２に供給される
。

一方、前記した制御装置Ｎ，のコントロールユニット９
はエンジンの運転条件に応じて燃量供給量を決定する。
エンジンの各気筒における吸気にともない該コントロー
ルユニット９から燃料噴射ノズル２の電磁弁に関弁信号
が送られ、所定量の燃量が燃料噴射ノズル２の開口より
前記振動片１０１の内外両側壁に放出供給される。該振
動片１０１に供給された燃料は、その超音波振動により
瞬時にして非常に細かい微粒子群に分割され霧状になっ
た燃料を吸気道１に放射されるとともに、該振動片から
まわりの空間に発生させた超音波による空気の振動によ
り空気と十分混合させられ、機関５の吸気孔７を経て、
燃焼室６に供給される。したがって、本実施例の超音波
燃料噴射供給装置は、前述の如く、噴射ノズルより噴射
供聯合された燃料を、更に中空筒状体の振動片の側壁面
にて超音波振動により霧化するので、従来装置に比べて
一層細かな燃料頃霧粒を噴出供給し、しかも、振動片全
体に亘つて超音波振動が一様であるため機関の要求に応
じた均一な粒蓬分布の霧化燃料からなる混合気を機関の
燃焼室に供給できることにより、機関を運転するに当り
稀薄混合気による良好な燃焼を可能にし、稀薄混合気に
おける運転性の向上、有害ガスの発生防止による排気ガ
スの浄化、燃費の向上等、優れた作用効果を奏するもの
である。

また、本実施例装置は、大なる表面積を有する中空筒状
体の振動片１０１の内外の円周側壁面を有効に霧化面と
して作用させることにより非常に多量の燃料の霧化を可
能とし、機関の要求に応じた霧化燃料を提供するのは言
うに及ばず、機関の広い運転領域に亘つて有効に動作す
るものである。次に本発明の第１の実施態様を第２図図
示の第２実施例に基づき説明する。以下、前記実施例と
同一の構成部については、同一の符号を用い説明を省略
するものとし、本実施例の要部について説明する。本実
施例の超音波燃料噴射供給装置は、第３図に示すように
、燃料噴射部ロ２ において、燃料噴射ノズルより円錐
面状に広がって放出供給できるようにするとともに、該
燃料を中空筒状体の超音波振動片２０１の内周面に衝突
させることにより供給できるようにしたことを特徴とす
る。

短管２２０１こより形成される吸気通路１２ は、その
上流部がェャクリーナ２６に通ずる吸気チューブ２７に
連結し、吸気通路１２ の下流部は機関５Ａの燃焼室６
Ａに通ずる吸気孔７Ａに連結した。

該吸気通路１２ は、途中で約９００屈曲せしめられて
おり、その屈曲部より上流に吸入空気量制御用の絞り弁
３Ａを配設した。前記屈曲部より下流における吸気通路
１２ の側壁には、燃料噴射部ロ２ の超音波発生部本
体２００を前記実施例の場合と同様にして固定し、その
超音波振動片２０１を吸気通路１２ 中に突出し、該振
動片の軸線が吸気通路１２ の藤線と一致する態様にて
配設した。

また、該吸気通路の屈曲部には噴射ノズル２８を、外部
より固定し、該噴射ノズル２８のノズル先端部２８１が
吸気通路１２中に突出せしめる。この燃料噴射ノズル２
８は、第一実施例と同様に電磁弁の作動で燃料放出用の
関口を開閉する形式の従来の燃料噴射装置に使用する噴
射ノズルと同様のものである。本実施例において使用す
る燃料噴射ノズル２８は電磁弁が燃料放出用の関口を開
放するとき燃料が円錐面状に広がって放出される公知の
構造を備えたものであってその関口２８２の中心が前記
振動片２０１の中心軸上にあるとともに振動片２０１の
気流上流側の関口機２０１Ａに達する態様にて配設した
。また燃料噴射ノズル２８は、その開□２８２から放出
される燃料が円錐面状に広がって放出され、放出された
燃料がすべて前記振動片２０１の内周面に供給できるよ
うにした。超音波発生部本体２００は、その機械振動拡
大部としてステップ型ホーンの形態を有する超音波振動
拡大用ブロック２０２を有し、該超音波振動拡大用ブロ
ック２０２の先端には、前記振動片２０１が前記第１実
施例の場合と同機の態様にて一体的に成形されている。
また超音波発生装置本体２００の他の構成と燃料供給部
ｍ２ の構成は前記第１実施例の場合と同様であり、そ
の説明を省略する。燃料供給量制御装置Ｎ２ は、本実
施例においては、その構成として吸気管内圧力検出型の
電子制御方式を採用した。

吸気通路１２ の屈曲部より下流における該通路１２
の側壁には吸気管内圧力センサ２９を設け、機関５Ａの
燃焼室６Ａに供給される吸気の圧力を検出し、その電気
信号を燃料供給量制御用として設けたコントロールユニ
ット９に送るとともに、デストリビュータ２０からの点
火信号と、温度センサ３０および３１により検出したシ
リンダヘッドの温度およびクランクケース内の温度の電
気信号も該コントロールユニット９に送られるようにし
、該コントロールユニット９で機関の運転条件に応じて
毎回の燃料供孫舎量を決定し、その制御信号が前記燃料
噴射ノズル２８の電磁弁に与えられるようにした。また
３２はスロットルバルブ３Ａが全開に近い運転状態で機
関の出力を増大させる時に作動させる吸気管内圧力スイ
ッチであり、この時の混合比は前記コントロールユニッ
ト９により調整されるようにした。また本実施例の他の
構成は前記第１実施例の場合と同様である。上記横成よ
り成る本第２実施例の作用を説明する。

前記第１実施例の場合と同様にして、燃料供給量制御装
置Ｗ２ において機関の運転条件に応じて最適な供Ｖ給
量が決定され、所定量の燃料が前記燃料噴射ノズル２８
より、燃料噴射部０２の超音波振動片２０１の内周面に
噴射により供給される。したがって、該振動片２０１の
内周面に供給された燃料は、その超音波振動により瞬時
にして霧化され均一な粒径の非常に細かい微粒子群に分
割されるとともに、該振動片２０１からその内部空間に
発生させられた超音波による空気の振動により空気と十
分混合させられ、気流に乗って機関５Ａの吸気孔７Ａを
経て、燃焼室６Ａに供給されることとなる。よって本実
施例の超音波燃料霧化装置も前述の如く機関の運転に有
効な混合気を要求に応じて供給できるものであり、機関
の運転性の向上、排気ガスの浄化等の優れた作用効果を
奏するものである。また、本実施例は中空筒状体の振動
片の内周面へ環状燈口により燃料を噴射供給させるため
、噴射された燃料を殆んど該振動片により補獲すること
ができ、一層完全に、燃料の超音波による霧化を行なわ
せることができるものであり上記の作用効果を奏する。

また、前記第１の実施態様は、次の第４図に示す如く変
形して実施することができる。

以下第４図図示の第３実施例についてその要部を説明す
る。本実施例の超音波燃料噴射供給装置は、燃料噴射装
置０３の中空筒状体の超音波振動片２０１を、吸気通路
１３としての機関５Ｂの吸気孔７Ｂ中に配設し、超音波
により燃料を霧化する本発明装置の燃料噴射装置０３
を機関の燃焼室に近接せしめて設けた点に特徴がある。

機関の燃焼室６Ｂに通ずる吸気孔７Ｂの側壁下部には超
音波発生部本体２００を外部より固定しその超音波振動
片２０１を吸気孔７８中に突出して配設するとともに、
噴射ノズル２８を額管２３川こより形成される吸気通路
の外部より挿入し、該噴射ノズル２８のノズル先端部２
８１を吸気孔７８中に突出し、その環状燈口２８２の位
置が、前記振動片２０１の中心軸上にあり、かつ、振動
片２０１の気流上流側の関口機２０１Ａに達する態様に
て舵設した。

また、該噴射ノズル２８は、前記第２実施例の場合と同
様に、その関口２８２から噴射される燃料が円錐面状に
開き角を有して噴出出され、噴出された燃料がすべて前
記振動片２０１の内周面に供給できるようにした。また
本実施例の他の構成は前記第１ないし第２実施例の場合
と同様である。

したがって、本実施例においても、制御装置Ｗ３により
、機関の運転条件に応じて最適な噴射量が決定され、噴
射ノズル２８より噴射された燃料は、燃料噴射装置ロ３
の超音波振動片２０１の内周面に供給されるとともにそ
の超音波振動により霧化される。したがって、本実施例
の超音波燃料噴射装置は前述の如く、均一な粒径の非常
に細かな微粒子状の燃料を機関に供給し、もって機関の
運転性の向上、排気ガスの浄化等、優れた作用効果を奏
するものである。

また、本実施例は、燃料の超音波による霧化が前記の各
実施例に比べて一層エンジンの燃焼室に近接した位置で
行なうことができるため、霧化燃料の燃焼室への搬送路
が短かくなり吸気通路１３の壁面への燃料の付着率を
少なくすることができ、供給燃料の殆んど全量を有効に
燃焼室に供給するとともに、エンジンの冷寒始動を容易
にするものである。次に本発明の第２の実施態様を第５
図図示の第４実施例に基づき説明する。

第４実施例に係る超音波燃料噴射供給装置は、燃料噴射
装置ロ４ を吸気マニホルドの分岐点の上流に配設する
とともに、該燃料噴射部の中空筒状体から成る超音波振
動片により霧化された燃料を多岐管により分配し、機関
の各燃焼室に均一な混合気を供給できるようにした点に
特徴がある。

短管３２０により形成される吸気通路１４ は、その上
流部をエヤークリーナ（図示せず）に縄ずる吸気チュー
ブ２７Ａに連結し、吸気通路１４の下流部を機関の燃焼
室に混合気を分配し供給する多岐管としての吸気チェン
バ３３に連結した。該吸気チェンバ３３は、その側壁に
機関の冷却水を循環させる温水流通孔３４を有するとと
もに多気筒エンジンの各燃焼室に通ずる吸気道３５を備
えている。前記吸気通路１４ は、途中で約９００屈曲
せしめられており、その屈曲部より上流に吸入空気量制
御用の絞り弁３Ｂを配設し、下流部に燃料噴射装置０４
を超音波発生部本体３００を固定し、その超音波振動
片３０１を吸気通路１４ 中に突出し、該振動片の軸線
が吸気通路の軸線と一致する態様にて配設した。

また、前記吸気通路１４ の屈曲部には、噴射ノズル３
６を外部より固定し、該噴射ノズル３６のノズル先端部
３６亀が吸気通路１４中に突出し、その先端が前記振動
片３０亀の中心軸上にあるととげこ、振動片３８１の気
流上流側の閉口端３Ｑ亀Ａに達する態様にて配設した。
またト噴射ノズルの先端には複数の噂口３６１Ａが円周
上等間隔で並んだ状態で閉口せしめられており、それら
の鰭口の円周上の位置は、該曙口から噴出される燃料が
前記第１実施例の第２図で図示した如く屈曲振動をする
振動片３０１の振動の節となる内周面上の部位に供給さ
れるように決定した。超音波発生部本体３００‘ま、そ
の機械振動拡大部として円錐台部材からなるコニカル型
ホーンの形態を有する超音波振動拡大用ブロック３０２
を有し、その先端である小軽部端面には、該超音波発生
部本体の共振周波数を同一の振動数で屈曲振動すべ〈設
計された前記振動片３０亀が一体的に成形されており、
他端である大径部端面には磁歪形超音波変換器３０３が
固着されている。

該超音波発生部本体は、その超音波振動拡大用ブロック
３０２において、丁度縦振動が零なる位置すなわち節の
部位に支持板３０４を配設し、該支持板が前記吸気通路
１４ の側壁に設けた固定座３８に複数のネジ３９によ
り固定されている。また、前記磁歪形超音波変換器３０
３には、超音波発振器１１０に接続するりード線１１３
が所定回数巻き付けられており、超音波発振器の入力側
には、機関の始動スイッチ（図示せず）に連動させた振
動子起動スイッチ１１４を介して電源２５に結線したリ
ード線１１５が接続されている。

また、本実施例において噴射ノズル３６への燃料供給お
よび燃料流量制御の方法としては、機械式の燃料制御供
給方式を採用した。燃料供給部ｍ４ は、燃料を貯留す
る燃料タンク１０と、機関の動力により作動し前記燃料
タンク１０からの燃料を噴射燃料パイプ４７を経てノズ
ル３６に供給するポンプ４０とよりなり、機関の吸気圧
力および機関の回転速度等に応動し、前記ポンプ４０か
ら吐出される燃料流量を機械的に制御する制御装置４１
と結合されている。

該制御装置は混合気制御用ダイヤフラムチェンバー４２
を有する。該チェンバ−４２は、前記多岐管としての吸
気チェンバ３３内の圧力を誘導する吸気チェンバ圧力パ
イプ４３と、エンジン回転速度による燃料吐出量補正用
圧力パイプ４４と、アイドル燃料補正用圧力パイプ４５
とから導びかれる燃料制御用圧力に応動するダイヤフラ
ムを内蔵し「該ダイヤフラムの変位が前記ポンプ４０の
噴射燃料制御弁を作動させ、噴射燃料の流量を制御する
。また、４６はエンジンの冷却水の温度により作動する
空気制御弁であり、４８は前記燃料タンク亀０１こ一方
を蓮通し、他方をポンプ４０１こ連結した燃料供給パイ
プである。次に上記穣成より成る本第４実施例の作用を
説明する。

内燃機関の始動操作にともない振動子起動スイッチ１１
４が閉じられると、超音波発振器１１０が作動し、該超
音波発振器より超音波発生部本体３００の共振周波数と
同一周波数の電気振動が磁歪形超音波変換器３０３に与
えられ、該電気振動は超音波振動に変換される。この超
音波振動は、前記超音波振動拡大用ブロック３０２によ
り〜その振動振幅が拡大され、中空筒状体の超音波振動
片３０１に伝達される。したがって、前記第１実施例の
第２図に図示したごと〈第４次の屈曲振動をするべく設
計した該超音波振動片３０１は第２図の符号Ｎで示した
部位を振動の節として大振中で屈曲振動する。一方、内
燃機関の始動ととげこ、燃料制御供給部皿４ により燃
料流量が制御され、ポンプ４０から吐出された燃料は、
噴射燃料供給パイプ４７を経て、噴射ノズル３６の複数
の頃口３６１Ａから屈曲振動する前記振動片３０１の振
動の節となる内周面上の部位に向けて噴射される。

振動の節に噴射された燃料は、同振動片の超音波振動に
より振動の腹となる振動面上に引き寄せられ、その振動
面上に燃料の液膜を形成すると同時に、その液膜は非常
に細かい微粒子群に分割され、振動面より飛散すること
によって霧状にされる。本実施例の超音波燃料噴射供給
装置においては、燃料を超音波振動する振動片の節の位
置に供給することにより燃料供給量の広い範囲に亘つて
極めて安定した燃料霧化が実現できる。また、本実施例
装置は、燃料を中空筒状体の一様な超音波振動により霧
化するため露化された燃料粒は従来装置に比べて均一で
且つ非常に細かくなり、しかも４気筒に分配するに充分
に多量の霧化燃料を供給する。また、多岐管としての吸
気チェンバ３３の側壁をエンジンの冷却水により加温で
きるようにしたため、霧化燃料が通路壁に付着すること
がなく、極めて均一な混合気となり、多岐筒エンジンの
各燃焼室への均等な燃料の分配が可能となる。したがっ
て、本実施例装置は前述の如く、稀薄混合気による良好
な燃焼を可能にし、稀薄混合気における運転性の向上、
有害ガス発生防止による排気ガスの浄化、燃費の向上等
、優れた作用効果を奏するものである。また、本実施例
装置は前記実施例装置の場合と異なり、１個の燃料噴射
装置において多気筒エンジンが必要とする十分な量の混
合気を生成し、各気筒に均等な燃料分配を行なうもので
あるため、前記実施例に比べて装置が簡単になるととも
にコストの低減を図るとともに保守を容易にすることが
できる利点がある。

尚「前述した実施例において、超音波発生部の超音波変
換器として滋歪素子を使用する態様および霞歪素子を使
用する例について述べたが、本発明はこれらに限定する
ものではなく同様の機能を有する他の態様もとりうるも
のである。

また露歪素子および磁歪素子を用いるタイプのものにお
いても実施例は、単にその一例にすぎず種々の態様をと
りうるものである。また、超音波振動拡大部として、実
施例ではェキスポネンシヤル型ホーン、ステップ型ホー
ンおよびコニカル型ホーンの形態を有する超音波振動拡
大用ブロックについて説明したが、本発明はこれらに限
定するものではなく、機械振動を拡大し得るものであれ
ばどんな型態のものも使用可能で例えばフーリエ型およ
びカテナリー型ホーン、その他のホーンが使用可能であ
る。

また、中空筒状体の振動片として、実施例では中空筒状
のものについて説明したが、本発明はこれに限定するも
のではなく、両端部が閉口した薄肉の中空筒状体であれ
ば、例えば中空楕円のもの薄肉の中空多角筒状、偏肉厚
の中空筒体、所定の寸法の矩形薄板を屈曲成形し円筒部
と接合部を設け、該接合部を溶接手段等にて超音波振動
拡大部の先端に一体的に固着する態様または固定端の対
向部を開放機とする態様、その他の形状のものが振動片
として使用可能である。

その他「本発明は、特許請求の範囲の精神に反しない限
り、幾多の付加変更ならびに設計変更なし得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波燃料噴射供給装置の第１実
施例を示す一部を断面とした説明図、第２図は同第１実
施例の振動片の振動状態を示す平面図、第３図は同第２
実施例を示す一部を断面とした説明図、第４図は同第３
実施例を示す一部を断面とした説明図、第５図は同第４
実施例を示す一部を断面とした説明図である。 図中、１，〜４ は吸気通路、０，〜４ は燃料噴射部
、ｍ， 〜３ は燃料供給部、Ｗ，〜３ は制御装置、
ｍ４ は燃料制御供給部、２は噴射ノズル、３は絞り弁
、９はコントロールユニット、１０は燃料タンク、１１
は燃料ポンプ、１０川ま超音波発生部本体、１０１は中
空筒状体の振動片、１０２は超音波振動拡大用ブロック
、１０３はパッキング用ブロック、１０４Ａおよび１０
４Ｂは霞歪素子を示す。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端がエアクリーナに他端が内燃機関の燃焼室に連
   絡した混合気を供給する吸気通路と、超音波発生装置と
   燃料放出ノズル装置とよりなる燃料噴射装置であって、
   該超音波発生装置は、超音波発振器に接続し電気振動を
   機械振動に変換する超音波変換部と該超音波変換部に固
   着され機械振動の振幅を拡大する機械振動拡大部と該機
   械振動拡大部の先端にその軸が該機械振動拡大部の長手
   軸とほぼ直角になる様に機械振動拡大部の少くとも先端
   部と一体成形して前記吸気通路中に流れを阻害しないよ
   うに該吸気通路に対して略同軸的に配設した両端開口の
   中空筒状体の振動片とからなり、該燃料放出ノズル装置
   は、ノズル開口を前記振動片の少くとも内側壁に臨ませ
   て液体燃料を圧力下において前記振動片の少くとも内側
   壁に放出せしめるようにした１個の燃料噴射装置と、燃
   料貯蔵槽より液体燃料を吸出し、前記放出ノズル装置に
   供給する燃料供給装置と、内燃機関の運転条件に応じて
   前記放出ノズル装置から放出する燃料の供給を制御する
   制御装置とより成り、超音波振動している前記振動片の
   内側壁に向って放出した液体燃料を該振動片の超音波振
   動により霧化飛散せしめ、これを前記エアクリーナから
   の前記振動片の内側壁内を流れる空気と十分混合させて
   燃焼室に供給することを特徴とする超音波燃料噴射供給
   装置。 ２ 前記燃料噴射装置のノズル開口を前記中空筒状体の
   振動片の軸心付近に配設するとともに該ノズル開口から
   液体燃料を前記振動片の内周壁に向けて放射状に放出す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波燃料噴射供給装置。 ３ 前記燃料噴射装置は、渦巻噴射弁により構成され、
   ノズル開口から中空円錐状の燃料噴霧パターンで前記振
   動片の全内周に噴射するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の超音波燃料噴射供給装置。 ４ 前記燃料噴射装置は、適当な間隔で形成した複数の
   ノズル開口を有する多孔噴射弁により構成され、各ノズ
   ル開口から振動片の屈曲振動の節の位置に燃料を噴射す
   ることにより、前記振動片の内周壁に燃料を放射状に噴
   射するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の超音波燃料噴射供給装置。